DE69712449T2

DE69712449T2 - Liquid-cooled discharge lamp

Info

Publication number: DE69712449T2
Application number: DE69712449T
Authority: DE
Inventors: Silviu Matei
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2017-11-15
Also published as: JPH10172517A; AU4831997A; EP0848411B1; SE9604574D0; RU2189087C2; EP0848411A2; SE513207C2; US6087764A; EP0848411A3; AU724713B2; CA2223765A1; ATE217444T1; SE9604574L; DE69712449D1

Abstract

Liquid-cooled discharge lamps of, for example, UV type are employed for sterilising int. al. packaging containers for foods. In lamps displaying a U-shaped luminant body and with a surrounding liquid container or envelope, cooling is improved according to the invention in that the base (2) is provided with inflow and outflow channels (7, 8) for liquid, an inflow channel (7) being directed towards the curved section of the luminant body (3). Hereby, cooling of the warmest section of the luminant body (3) will be optimised, which entails a considerably lengthened service life for the lamp. <IMAGE>

Description

TECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgekühlte Entladungslampe mit einem Unterteil, einem U-förmigen Leuchtkörper und einem umgebenden Flüssigkeitsbehälter bzw. einem Mantel, bei welcher das Unterteil Einström- und Ausströmkanäle für eine Flüssigkeit aufweist, wobei ein Einströmkanal zum gebogenen Abschnitt des Leuchtkörpers hin gebogen ist und der Ausströmkanal des Unterteils zwei Leitungszweige aufweist, die in Verbindung mit den Schenkeln des Leuchtkörpers ansetzen.The present invention relates to a liquid-cooled discharge lamp with a lower part, a U-shaped lamp body and a surrounding liquid container or a casing, in which the lower part has inflow and outflow channels for a liquid, wherein an inflow channel is bent towards the bent section of the lamp body and the outflow channel of the lower part has two line branches which start in connection with the legs of the lamp body.

STATE OF THE ART

Auf diesem Gebiet werden bekanntlich verschiedene Typen von Entladungslampen zum Sterilisieren von Gegenständen oder zum Verringern der Anzahl lebender Organismen eingesetzt, zum Beispiel beim Verpacken von Instrumenten und Geräten zur Gesundheitspflege oder zur aseptischen Verpackung von Lebensmitteln. Entladungslampen dieser Art können beispielsweise in gleichförmigem oder pulsierendem Fluss UV-Licht abstrahlen. Solche Lampen erzeugen neben Licht auch Wärme, die abgeführt werden muss, um zu verhindern, dass die Lampen in der Weise darunter leiden, dass sie eine geringere Lichtwirksamkeit erbringen oder eine kürzere Lebensdauer haben. Dieses Problem wird normalerweise mittels Flüssigkeitskühlung gelöst, d. h. man veranlasst eine Flüssigkeit - normalerweise Wasser - zum Strömen entlang der strahlenden Teile der Lampe, um diese zu kühlen und um die Lampe auf einer annehmbaren Arbeitstemperatur zu halten. In diesem Zusammenhang stellen Entladungslampen von dem Typus ein spezielles Problem dar, der einen gebogenen, beispielsweise U-förmigen Leuchtkörper aufweist. Während es mit einer derartigen Ausbildung beispielsweise möglich wird, einen teilweise fertiggestellten Verpackungsbehälter von innen zu bestrahlen, sorgt die U-Form des Leuchtkörpers für eine ausgeprägte Wärmekonzentration am gebogenen Abschnitt des Leuchtkörpers, was implizit bedeutet, dass dieser auch dann, wenn die Lampe mit einer Flüssigkeitskühlung versehen ist, bei vergleichsweise hoher Arbeitstemperatur funktioniert. Bei einer herkömmlichen Flüssigkeitskühlung bei Entladungslampen dieser Art kommt ein Flüssigkeitsbehälter bzw. ein Mantel aus Quarzglas zum Beispiel zum Einsatz, in den der Leuchtkörper eingesetzt wird. Einströmendes Kühlmittel wird beispielsweise mit Hilfe eines Einsatzes entlang des Leuchtkörpers so geführt, dass die Flüssigkeit entlang des einen Schenkels des Leuchtkörpers an dem gebogenen Abschnitt vorbei strömt und entlang des gegenüber liegenden Schenkels des Leuchtkörpers zurückfließt. Da die Temperatur des Kühlwassers am niedrigsten ist, führt dieser Aufbau dazu, dass der eine Schenkel des Leuchtkörpers (genauer gesagt an dessen Ansatzende) eine Kühlwirkung mit stärkster Leistung besitzt, während das Kühlwasser dann, wenn es am gebogenen Abschnitt des Kühlkörpers ankommt, bereits etwas erwärmt ist, so dass die Kühlung dieses Abschnitts nicht optimal ist.In this field, it is known that various types of discharge lamps are used to sterilize objects or to reduce the number of living organisms, for example in the packaging of instruments and equipment for health care or in the aseptic packaging of food. Discharge lamps of this type can, for example, emit UV light in a uniform or pulsating flow. In addition to light, such lamps also generate heat, which must be dissipated in order to prevent the lamps from suffering from reduced light efficiency or a shorter lifespan. This problem is normally solved by means of liquid cooling. solved, ie a liquid - normally water - is caused to flow along the radiating parts of the lamp in order to cool these and to keep the lamp at an acceptable working temperature. In this connection, a special problem is presented by discharge lamps of the type which has a curved, for example U-shaped, luminaire. While such a design makes it possible, for example, to irradiate a partially finished packaging container from the inside, the U-shape of the luminaire ensures a pronounced heat concentration on the curved section of the luminaire, which implicitly means that even if the lamp is provided with liquid cooling, it functions at a comparatively high working temperature. Conventional liquid cooling in discharge lamps of this type uses a liquid container or a jacket made of quartz glass, for example, into which the luminaire is inserted. Incoming coolant is guided, for example, with the help of an insert along the lamp body so that the liquid flows along one leg of the lamp body past the curved section and flows back along the opposite leg of the lamp body. Since the temperature of the cooling water is the lowest, this structure means that one leg of the lamp body (more precisely at its attachment end) has the strongest cooling effect, while the cooling water is already slightly warmed up when it reaches the curved section of the heat sink, so that the cooling of this section is not optimal.

In der Vorveröffentlichung Patent Abstracts of Japan JP 051018 wird eine gekühlte Entladungsröhre beschrieben. Dabei wird das Kühlmittel von einer Zuführleitung zugeführt, deren Auslassöffnung sich in der Nähe des Spitzenteils der U-förmigen Entladungsröhre befindet. Das Kühlmittel strömt von dem gebogenen Abschnitt der Entladungsröhre entlang den Schenkeln der Entladungsröhre und wird dann durch zwei Auslässe ausgetragen. Bei dieser Konfiguration wird die Kühlwirkung etwas ausgeglichen, doch die Kühlwirkung ist noch immer nicht in zufriedenstellender Weise an die Auslegung der Entladungsröhre angepasst. Dem Oberbegriff des Anspruchs 1 liegt die Offenbarung der Vorveröffentlichung JP 05101810 zugrunde.In the prior publication Patent Abstracts of Japan JP 051018 a cooled discharge tube is described. The coolant is supplied from a supply line whose outlet opening is located near the tip part of the U-shaped discharge tube. The coolant flows from the bent section of the discharge tube along the legs of the discharge tube and is then discharged through two outlets. In this configuration the cooling effect is somewhat balanced, but the cooling effect is still not satisfactorily adapted to the design of the discharge tube. The preamble of claim 1 is based on the disclosure of the prior publication JP 05101810.

Somit besteht auf diesem Gebiet ein allgemeines Bedürfnis, eine flüssigkeitsgekühlte Entladungslampe der Art zu schaffen, die einen gebogenen oder U-förmigen Leuchtkörper aufweist, wobei die Entladungslampe ein Kühlsystem aufweist, das an die Konfiguration des Leuchtkörpers angepasst ist, wodurch sichergestellt ist, dass an der wärmsten Stelle des Leuchtkörpers die größtmögliche Kühlwirkung erzielt wird.There is therefore a general need in the field to provide a liquid-cooled discharge lamp of the type having a curved or U-shaped luminous body wherein the discharge lamp has a cooling system which is adapted to the configuration of the luminous element, thereby ensuring that the greatest possible cooling effect is achieved at the warmest point of the luminous element.

TASK OF THE INVENTION

Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine flüssigkeitsgekühlte Entladungslampe von der Art zu schaffen, die einen gebogenen oder U-förmigen Leuchtkörper aufweist und nicht mit den vorstehend umrissenen Nachteilen behaftet ist, sondern eine optimale Kühlmittelströmung aufweist, so dass die Wirksamkeit und die Lebensdauer der Lampe maximiert werden.One of the objects of the present invention is to provide a liquid-cooled discharge lamp of the type having a curved or U-shaped luminous body which does not suffer from the disadvantages outlined above but has an optimal coolant flow so that the effectiveness and life of the lamp are maximized.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine flüssigkeitsgekühlte Entladungslampe mit einem U-förmigen Leuchtkörper auszubilden, bei welcher das Kühlmittel mittels Kanälen und Leitungen in der Weise geführt wird, dass die Kühlung der verschiedenen Teile des Leuchtkörpers an die Intensität der Erwärmung während des Betriebs angepasst ist.A further object of the present invention is to provide a liquid-cooled discharge lamp with a U-shaped luminous element, in which the coolant is guided by means of channels and lines in such a way that the cooling of the various parts of the luminous element is adapted to the intensity of the heating during operation.

SOLUTION OF THE TASKS

Diese und weitere Zielsetzungen wurden entsprechend der vorliegenden Erfindung mit einer flüssigkeitsgekühlten Entladungslampe mit einem Unterteil, einem U-förmigen Leuchtkörper und einem umgebenden Flüssigkeitsbehälter bzw. Mantel erzielt, bei welcher das Unterteil Einström- und Ausströmkanäle für eine Flüssigkeit aufweist, wobei ein Einströmkanal zum gebogenen Abschnitt des Leuchtkörpers hin gebogen ist und der Ausströmkanal des Unterteils zwei Leitungszweige aufweist, die in Verbindung mit den Schenkeln des Leuchtkörpers ansetzen, wobei die Lampe das kennzeichnende Merkmal besitzt, dass der Leitungszweig auf der Kathodenseite des Leuchtkörpers eine größere Querschnittsfläche als der Leitungszweig auf der Anodenseite aufweist.These and other objectives have been achieved according to the present invention with a liquid-cooled discharge lamp with a lower part, a U-shaped lamp body and a surrounding liquid container or casing, in which the lower part has inflow and outflow channels for a liquid, with an inflow channel being bent towards the curved section of the lamp body and the outflow channel of the lower part having two conducting branches which start in connection with the legs of the lamp body, the lamp having the characteristic feature that the conducting branch on the cathode side of the lamp body has a larger cross-sectional area than the conducting branch on the anode side.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnen sich außerdem durch die Merkmale aus, die in den beiliegenden Unteransprüchen umrissen sind.Preferred embodiments of the discharge lamp according to the present invention are also characterized by the features outlined in the appended subclaims.

ADVANTAGES

Durch Anpassung und Leiten des Flüssigkeitsstroms in der Weise, dass die Kühlung des Leuchtkörpers modifiziert wird, um die entsprechende Intensität der Erwärmung herbeizuführen, erzielt man für die Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur eine längstmögliche Lebensdauer, sondern man erreicht auch optimale Betriebsbedingungen, wodurch sichergestellt wird, dass die Lampe über den größeren Teil ihrer Lebensdauer eine maximale Wirkung bei der Zerstörung / Sterilisierung entfaltet, was bei kommerziellen Einsatzgebieten, beispielsweise bei Maschinen zum Verpacken von Lebensmitteln, wesentlich ist.By adjusting and directing the flow of liquid in such a way as to modify the cooling of the luminaire to produce the appropriate intensity of heating, the lamp according to the present invention not only achieves the longest possible life, but also achieves optimum operating conditions, thereby ensuring that the lamp has maximum destruction/sterilisation efficiency over the greater part of its life, which is essential in commercial applications, for example in food packaging machines.

BRIEF DESCRIPTION OF THE ENCLOSED DRAWING

Nachstehend wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lampe ausführlicher beschrieben, wobei speziell auf die beiliegende schematische Zeichnung Bezug genommen wird, die nur die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung unerlässlichen Teile und Einzelheiten zeigt. Es zeigen:A preferred embodiment of the lamp according to the invention will now be described in more detail, with particular reference to the accompanying schematic drawing, which shows only the parts and details essential for understanding the present invention. In the drawings:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Entladungslampe, undFig. 1 is a side view of a discharge lamp according to the invention, and

Fig. 2 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab durch die Entladungslampe aus Fig. 1.Fig. 2 shows a cross-section on an enlarged scale through the discharge lamp from Fig. 1.

DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Entladungslampe 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Entladungslampen können natürlich unterschiedlich konstruiert und verschieden aufgebaut sein, doch besteht ein gemeinsames Merkmal für die erfindungsgemäßen Entladungslampen darin, dass sie ein Unterteil 2, einen gebogenen oder U-förmigen Leuchtkörper 3 und einen Flüssigkeitsbehälter bzw. Mantel 4 aufweisen, der beispielsweise aus Quarzglas besteht und den Leuchtkörper 3 umgibt. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, besitzt das Lampenunterteil 2 Kontaktelemente 5, 6 für den Stromanschluss, die natürlich in jeder beliebigen Art ausgelegt sein können. Das Unterteil weist auch (vgl. Fig. 2) jeweils einen Einlass und einen Auslass 7' bzw. 8' für einen Einströmkanal 7 und einen Ausströmkanal 8 für das Kühlmittel auf. Der Leuchtkörper 3 ist U-förmig und besitzt zwei Schenkel 9 und 10 sowie einen dazwischen liegenden gebogenen Abschnitt 11. Der Leuchtkörper kann natürlich auch jede andere gebogene oder gekrümmte Ausbildung besitzen, beispielsweise in Form eines V oder eines Ω, oder eine Vielzahl gebogener Abschnitte aufweisen. In der Mitte zwischen den Schenkeln 9, 10 des Leuchtkörpers 3 erstreckt sich eine Röhre 12 für das Kühlmittel. Der Flüssigkeitsbehälter bzw. Mantel 4 weist einen im Wesentlichen kreisförmigen (oder abgeflacht kreisförmigen) Querschnitt auf, und die Röhre 12 verläuft konzentrisch durch den Flüssigkeitsbehälter 4 und leitet dann in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem gebogenen Abschnitt 11 des Leuchtkörpers 3 aus.Fig. 1 shows a preferred embodiment of a discharge lamp 1 according to the present invention. Discharge lamps can of course be designed and constructed in different ways, but a common feature for the discharge lamps according to the invention is that they have a base 2, a curved or U-shaped lamp body 3 and a liquid container or casing 4, which consists for example of quartz glass and surrounds the lamp body 3. As can be seen from Fig. 1, the lamp base 2 has contact elements 5, 6 for the power connection, which can of course be designed in any desired way. The base also has (cf. Fig. 2) an inlet and an outlet 7' and 8' respectively for an inflow channel 7 and an outflow channel 8 for the coolant. The lamp body 3 is U-shaped and has two legs 9 and 10 and a curved section 11 between them. The lamp body can of course also have any other curved or bent configuration, for example in the form of a V or an Ω, or have a plurality of curved sections. A tube 12 for the coolant extends in the middle between the legs 9, 10 of the luminous element 3. The liquid container or casing 4 has a substantially circular (or flattened circular) cross-section, and the tube 12 runs concentrically through the liquid container 4 and then leads out in the immediate vicinity of the curved section 11 of the luminous element 3.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie die Kontaktelemente 5, 6 mit im Unterteil 2 angeordneten Zuleitungen (mit gestrichelten Linien eingezeichnet) mit jedem der jeweiligen Schenkel 9, 10 des Leuchtkörpers 3 verbunden sind.From Fig. 2 it can be seen how the contact elements 5, 6 with supply lines arranged in the lower part 2 (shown with dashed lines) are connected to each of the respective legs 9, 10 of the luminous element 3.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Entladungslampe beispielsweise zum Sterilisieren des Innenraums von Verpackungsbehältern wird die Entladungslampe 1 in den Verpackungsbehälter nach unten eingeführt und über einen ausreichend langen Zeitraum aktiviert, um so alle lebenden Organismen, die sich im Verpackungsbehälter befinden, wirksam zu neutralisieren, damit anschließend der Verpackungsbehälter unter aseptischen Bedingungen befüllt werden kann. Um sicherzustellen, dass die Lampe eine längstmögliche Lebensdauer besitzt und während ihrer gesamten Lebensdauer eine Zerstörungswirkung entfaltet, die so gut wie unverändert bleibt, wird die Lampe mit Hilfe eines Kühlmittels, vorzugsweise entionisiertem Leitungswasser, während des Betriebs gekühlt. Das Wasser wird über den Einströmkanal 7 in die Entladungslampe 1 eingeleitet, woraufhin sie - in dieser Reihenfolge - über die Mündung der Röhre 12 in eine Richtung zum wärmsten Abschnitt des Leuchtkörpers 3 hin ausfließt, d. h. dessen unterem gebogenen Abschnitt 11. Da die Mündung der Röhre 12 nicht nur zu diesem Abschnitt des Leuchtkörpers hin gerichtet sondern auch in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet ist, wird eine größtmögliche Kühlwirkung am gebogenen Abschnitt 11 des Leuchtkörpers 3 erzielt. Das zum Flüssigkeitsbehälter bzw. Mantel 4 hin einströmende Kühlmittel wird anschließend zwangsweise nach oben entlang den beiden Schenkeln 9, 10 des Leuchtkörpers 3 geführt, damit es schließlich über die Leitungszweige 13', 13" des Ausströmkanals 8 ausfließt, der in den Flüssigkeitsbehälter 4 mündet. Durch die Anordnung und Richtung dieser Leitungszweige wird sichergestellt, dass das Kühlmittel vor dem Ausfließen aus dem Flüssigkeitsbehälter 4 in unmittelbarer Verbindung mit den im Unterteil 2 befestigten Schenkeln 9, 10 strömt, wodurch gewährleistet ist, dass diese Bauteile auch eine optimale Kühlung erfahren. Infolge des Aufbaus mit unterschiedlichen Querschnittsflächen der beiden Leitungszweige 13',1 3" des Ausströmkanals 8 wird weiterhin sichergestellt, dass an der wärmeren Kathodenseite (der Schenkel 9) des Leuchtkörpers 3 eine stärkere Strömung als an der etwas kühleren Anodenseite vorliegt, wodurch die Kühlung des Leuchtkörpers 3 insgesamt noch weiter optimiert wird.When using the discharge lamp according to the invention, for example to sterilize the interior of packaging containers, the discharge lamp 1 is inserted downwards into the packaging container and activated for a sufficiently long period of time in order to effectively neutralize all living organisms located in the packaging container so that the packaging container can then be filled under aseptic conditions. In order to ensure that the lamp has the longest possible service life and develops a destructive effect that remains virtually unchanged throughout its service life, the lamp is cooled during operation using a coolant, preferably deionized tap water. The water is introduced into the discharge lamp 1 via the inflow channel 7, whereupon it flows out - in this order - via the mouth of the tube 12 in a direction towards the warmest section of the lamp 3, i.e. its lower curved section 11. Since the mouth of the tube 12 is not only directed towards this section of the lamp but is also arranged in its immediate vicinity, the greatest possible cooling effect is achieved on the curved section 11 of the lamp 3. The coolant flowing into the liquid container or casing 4 is then forced upwards along the two legs 9, 10 of the lamp 3 so that it finally flows out via the line branches 13', 13" of the outflow channel 8, which opens into the liquid container 4. The arrangement and direction of these line branches ensures that the coolant is cooled before flowing out of the liquid container 4 flows in direct connection with the legs 9, 10 attached to the lower part 2, which ensures that these components also experience optimal cooling. As a result of the structure with different cross-sectional areas of the two line branches 13', 1 3" of the outflow channel 8, it is also ensured that there is a stronger flow on the warmer cathode side (leg 9) of the luminous element 3 than on the slightly cooler anode side, which further optimizes the cooling of the luminous element 3 overall.

Diese Wirkung verstärkt sich noch weiter durch die Tatsache, dass beide Mündungen des Ausströmkanals 8 entlang Linien verlaufen, die zu den Enden hin gerichtet sind, an denen die Schenkel 9, 10 befestigt sind.This effect is further enhanced by the fact that both mouths of the outflow channel 8 run along lines directed towards the ends to which the legs 9, 10 are attached.

Wegen des Aufbaus und der Konstruktion der flüssigkeitsgekühlten Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine angepasste Kühlung des Leuchtkörpers 3 sichergestellt, damit dieser Körper eine lange Lebensdauer besitzt. Außerdem wird dadurch das Risiko einer chemischen Veränderungen oder einer Beeinträchtigung des wärmsten gebogenen Abschnitts des Leuchtkörpers vermieden, die bisher insofern ein Problem darstellten, als es deswegen und wegen der speichernden Beschichtung auf der Innenseite des Leuchtkörpers bisher zu einer fortschreitenden Beeinträchtigung der Lichtausbeute kam, wodurch in der Praxis die tatsächliche Lebensdauer der Lampen nach dem Stand der Technik verkürzt wurde.Due to the design and construction of the liquid-cooled discharge lamp according to the present invention, an appropriate cooling of the luminous element 3 is ensured so that this element has a long service life. In addition, this avoids the risk of chemical changes or deterioration of the hottest curved section of the luminous element, which has previously been a problem in that this and the storage coating on the inside of the luminous element have previously led to a progressive deterioration of the light output, which in practice has shortened the actual service life of the lamps according to the prior art.

Claims

1. Liquid-cooled discharge lamp with a lower part (2), a U-shaped luminous element (3) and a surrounding liquid container or casing (4), in which the lower part (2) has inflow and outflow channels (7, 8) for a liquid, wherein an inflow channel (7) is directed towards the curved section (11) of the luminous element (3) and the outflow channel (8) of the lower part (2) comprises two line branches (13) which are connected to the legs (9, 10) of the luminous element (3), characterized in that the line branch (13') on the cathode side of the luminous element (3) has a larger cross-sectional area than the line branch (13") on the anode side.

2. Lamp according to claim 1, characterized in that the inflow channel (7) has a tube (12) which opens in the immediate vicinity of the curved section (11) of the luminous element (3).

3. Lamp according to claim 2, characterized in that the tube (12) runs parallel to the legs (9, 10) of the luminous body (3).

4. Lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the openings of the line branches (13', 13") in the lower part (2) run along lines which are directed towards the ends of the legs (9, 10) of the luminous element facing the lower part (2).